KR101522966B1

KR101522966B1 - 사용후 연료봉 인출장치 및 인출방법

Info

Publication number: KR101522966B1
Application number: KR1020130162708A
Authority: KR
Inventors: 김영환; 이재원; 조광훈; 김인태
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2015-05-28

Abstract

본 발명은 핵연료집합체에 삽입된 연료봉(720) 다발의 수평 방향으로 하나 이상의 열을 이루는 다수의 연료봉(720)을 동시에 고정하여 신속하게 인출시킬 수 있도록 하며, 핵연료집합체의 연료봉(720)과, 이를 인출시키기 위한 인출클램프(122)의 정렬도를 향상시키고, 연료봉(720)의 인출시 파손에 의한 위험을 방지할 수 있는 특징을 갖는 사용후 연료봉 인출장치(10)에 관한 것으로, 다수의 열을 갖는 사용후 연료봉(720) 다발이 삽입된 핵연료집합체를 고정시키는 고정테이블(113)과, 상기 고정테이블(113)의 일측에 형성되는 인출테이블(110) 및 상기 인출테이블(110)의 상부에 형성되어 이송수단에 의해 길이방향으로 이송되는 인출클램프(122)가 형성된 이송베드(120)가 포함되고, 상기 인출클램프(122)는 상기 고정테이블(113)에 고정된 상기 핵연료집합체에서 적어도 하나의 열 이상을 이루는 다수의 상기 연료봉(720)을 동시에 고정하여 상기 인출테이블(110)로 인출하는 것을 특징으로 하는 사용후 연료봉 인출장치 및 이를 이용한 인출방법이 제공된다.

Description

사용후 연료봉 인출장치 및 인출방법{DEVICE AND METHOD OF THE SPENT FUEL ROD EXTRACTOR}

본 발명은 사용후 핵연료집합체의 연료봉을 대량인출 가능하고, 신속하고 안전하게 인출할 수 있도록 하는 사용후 연료봉 인출장치 및 인출방법에 관한 것이다.

원자력발전에 사용하는 핵연료는 펠릿(pellet)의 형태로 제조한 연료를 각각의 연료봉에 장전한 후, 이렇게 제조된 수십 또는 수백 개의 연료봉들을 다발로 만들어 사용한다.

종래에는 원자력발전소에서 연소시킨 사용후 핵연료집합체는 더 이상 처리하지 않은 상태로 수조에 보관·저장하고 있으나, 원자력 발전을 가동하는 기간이 길어질수록 사용된 핵연료봉의 양이 점차 누적되어 방대한 저장 공간을 필요로 하고 있다.

또한, 이렇게 누적된 폐기물을 처리해야 하는 필요성 및 위험성이 계속 지적되고 있다.

이에 따라, 일부 국가에서는 사용후 연료봉을 재활용할 목적으로 핵연료집합체로부터 연료봉을 분리하는 기술을 개발하여 사용하고 있다.

사용후 연료봉의 재활용 기술은 연료봉의 핵연료 속에 타고 남은 우라늄 또는 플루토늄을 다시 사용하기 위해 핵연료집합체로부터 연료봉을 인출하여 연료봉 내의 연료 소결체에서 우라늄과 플로토늄과 함께 분리, 추출하여 재활용하는 기술이다.

연료봉을 인출하기 위한 장치는 크게 핵연료집합체의 상단 고정체를 분리하는 고정체 분리장치와, 고정체를 분리후 노출된 연료봉의 상단부를 잡고 연료봉을 끌어 당겨 인출하는 연료봉 풀러장치로 나눌 수 있다.

이 중 고정체를 분리하는 장치는 팀블(THIMBLE) 절단시 화재 위험성이 있고, 또한 절단시 발생하는 분진으로 시설을 오염시키는 단점이 있어, 볼트 분해방식을 통해 고정체를 분리한 후 연료봉을 인출하는 장치가 개발되어 사용되고 있다.

기존의 사용화된 습식공정에 의한 사용후 핵연료 처리방법은 찌그러진 연료봉이 포함된 핵연료집합체 전체를 질산에 녹이는 방식이다.

습식처리 공정의 대부분은 사용후 연료봉을 전단방식으로 절단하며, 절단된 연료봉을 질산용액으로 용해시켜 핵물질을 회수하고 있다.

이러한 전단방식에서는 사용후 핵연료집합체를 해체한 후 핵연료집합체 전체를 절단하는 방법이 주로 사용되어 시스템상 적용이 불가능한 문제점이 일부 발생된다.

또한, 기존의 습식 공정에 의한 사용후 핵연료 처리방법의 경우 핵연료집합체 전체를 절단하여 처리하기 때문에, 중 저준위 폐기물인 핵연료집합체가 고준위 폐기물로 변화게 된다.

반면, 건식 공정을 이용하는 경우 핵연료집합체 해체 작업을 통해 핵연료집합체의 오염 없이 분리가 가능하기 때문에 고준위 폐기물의 양을 줄일 수 있다.

이러한, 건식 공정으로 핵연료집합체로부터 연료봉을 인출하는 장치의 일예로서, 한국등록특허 제0158085호는 고정판 절단 방식에서 절단 작업중 연료봉에 손상을 줄 수 있는 문제점을 해결하여, 핵연료집합체의 하단 고정판을 임팩트렌치를 통해 해체하고 핵연료봉단을 정밀하게 파지하여 핵연료봉의 취약부에 손상을 되도록 적게 주면서 핵연료봉을 인출할 수 있는 장치가 기재되어 있다.

이를 위해 한국등록특허 제0158085호는 핵연료집합체가 원자력 발전소의 원자로심에 장전되어 연소되는 중에 발생할 수 있는 각 핵연료봉의 위치 변화를 고려하여 파지장치부의 드라이버 시스템에 코일 스프링을 장착하여 파지 기구가 핵연료봉단의 불규칙한 배열 위치를 수용하여 안전하게 핵연료봉단을 파지하여 인출시킬 수 있는 기술이 기재되어 있다.

또한, 건식 공정으로 핵연료집합체로부터 연료봉을 인출하는 장치의 다른 일예로서, 한국공개특허 제2001-0064425호는 볼트분해 방식으로 고정체를 분리하는 기능과, 하나의 연료봉을 인출하는 기능 및 연료봉과 그리퍼의 위치를 정확히 잡아내는 화상정보 입력 기능을 동시에 수행할 수 있는 기술이 기재되어 있다.

이를 위해 한국공개특허 제2001-0064425호는 사용후 핵연료집합체를 고정시키는 핵연료집합체 고정 테이블과 연료봉을 인출하는 인출 테이블로 구성되고 인출 테이블은 조임 너트 제거작업, 위치측정 작업, 및 연료봉 파지작업을 수행하는 회전식 다기능 인출 헤드와 이를 x, y, z 축으로 이송시키는 서보 메커니즘이 구성된 것을 특징으로 하는 핵 연료봉 인출 장치의 회전식 다기능 인출 헤드가 기재되어 있다.

그러나, 상기한 종래기술들은 단일의 연료봉을 인출하는 구성을 가지므로, 연료봉 다발로 구성된 핵연료집합체로부터 연료봉을 인출하는 작업시간이 길어지는 문제점을 가지고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로, 한번에 한 줄의 연료봉을 인출할 수 있도록 하는 다중 연료봉 인출장치가 개발되고 있으나, 다중 연료봉 인출장치의 경우 연료봉 끝단과 그리퍼의 중심위치가 정확히 맞지 않을 경우 연료봉에 그리퍼가 충돌하여 연료봉이 파손될 위험이 있으며, 기존의 인출장치들은 그리퍼(gripper)가 커서 한 줄밖에 인출을 못하므로, 인출 작업에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 통상적으로 연료봉을 인출하기 전에 모든 연료봉 끝단의 중심 좌표 값을 기억시켜 놓고, 기억된 좌표 값으로 그리퍼를 이동시켜 연료봉을 인출하고 있으나, 발전소에서 타고 나온 사용후 핵연료는 타는 도중 변형이 생겨 끝단의 좌표 값이 원래의 설계 값과 다를 수 있기 때문에 연료봉 인출 작업시 연료봉과 그리퍼의 충돌 위험이 따를 수 밖에 없는 한계가 있어 안전성에 문제가 있다.

이에, 다중의 연료봉을 동시에 인출하여 작업 속도를 향상시키면서도, 연료봉과 그리퍼의 충돌 위험을 줄일 수 있는 기술의 개발이 시급히 요구되고 있으나, 이러한 효과를 모두 만족시킬 수 있는 기술은 아직까지 개시되지 않고 있다.

한국등록특허 제0158085호 한국공개특허 제2001-0064425호

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 핵연료집합체에 삽입된 연료봉 다발의 수평 방향으로 하나 이상의 열을 이루는 다수의 연료봉을 동시에 고정하여 신속하게 인출시킬 수 있도록 하며, 핵연료집합체의 연료봉과 이를 인출시키기 위한 인출클램프의 정렬도를 향상시키는 동시에 연료봉을 안정적으로 인출시키도록 하여, 인출시 연료봉 파손의 위험을 방지할 수 있는 특징을 갖는 사용후 연료봉 인출장치 및 인출방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 다수의 열을 갖는 사용후 연료봉 다발이 삽입된 핵연료집합체를 고정시키는 고정테이블과, 상기 핵연료집합체 고정테이블의 일측에 형성되는 인출테이블 및 상기 인출테이블의 상부에 형성되어 이송수단에 의해 길이방향으로 이송되는 인출클램프가 형성된 이송베드가 포함되고, 상기 인출클램프는 상기 고정테이블에 고정된 상기 핵연료집합체에서 적어도 하나 이상의 열을 이루는 다수의 상기 연료봉을 동시에 고정하여 상기 인출테이불로 인출하는 것을 특징으로 하는 사용후 연료봉 인출장치가 제공된다.

본 발명의 다른 일측면에 따르면, 원자로로부터 분리된 연료봉 다발이 설치된 핵연료집합체를 고정클램프에 고정하는 핵연료집합체 고정단계와, 상기 핵연료집합체에 설치된 상기 연료봉 다발을 이루는 다수 열 중 적어도 하나 이상의 열을 이루는 다수의 상기 연료봉의 선단을 삽입하여 고정하는 인출클램프를 위치시키는 인출클램프 세팅단계와, 상기 고정테이블을 수평방향 및 수직방향으로 이송시켜 상기 인출클램프에 형성된 다수의 연료봉 삽입홀과, 상기 고정클램프에 설치된 상기 다수의 연료봉이 서로 수직하도록 위치를 조정하는 연료봉 위치조절단계와, 상기 고정테이블을 전진시켜 상기 연료봉 삽입홀에 상기 연료봉을 삽입하여 고정시키는 연료봉 고정단계 및 상기 인출클램프를 상기 핵연료집합체의 반대쪽의 수평방향으로 이송시켜 상기 연료봉을 인출시키는 연료봉 인출단계로 이루어지는 사용후 연료봉의 인출방법이 제공된다.

이러한 본 발명에 따른 사용후 연료봉 인출장치 및 인출방법에 의하면, 사용후 핵연료 집합체에서 수평 방향으로 하나의 열을 이루는 다수의 연료봉을 정확하게 인출시킬 수 있으며, 적어도 하나의 열 이상의 M×N 열을 이루는 모든 연료봉을 한번에 인출하여 연료봉의 인출 작업에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

또한, 고정클램프에 의해 고정된 핵연료집합체를 수평방향 및 수직방향으로 이송시켜 연료봉이 삽입되는 인출클램프의 연료봉 삽입홀과 정확히 수직을 이룬 상태에서 연료봉을 삽입함으로써, 핵연료집합체로부터 안전하게 인출될 수 있도록 하며, 인출클램프에 의해 연료봉이 인출되는 동안에는 인출테이블에 형성된 지지바가 연료봉의 하부를 받쳐 지지함으로써, 보다 안정적인 인출이 이루어질 수 있다

뿐만 아니라, 인출테이블로 연료봉의 인출이 완료되면 지지바에 의해 수납테이블로 자동으로 옮겨져 수납됨으로써, 연료봉의 절단 공정에 투입되기까지의 모든 공정이 한번에 진행될 수 있으며, 이를 통해 전체 공정에 소요되는 시간을 대폭 줄일 수 있다

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 사용후 연료봉 인출장치를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 사용후 연료봉 인출장치의 측면도.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 인출테이블에 구비된 인출클램프를 확대하여 나타낸 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 인출클램프의 요부구성을 나타낸 사시도.
도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 고정테이블을 확대하여 나타낸 평면도.
도 6은 도 1 및 도 2에 도시된 인출테이블을 확대하여 나타낸 평면도.
도 7은 도 3 및 도 4에 도시된 인출클램프의 내부가 투시된 평면도.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 사용후 연료봉 인출장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 사용후 연료봉 인출장치의 측면도를 나타낸다.

도 1 및 도 2를 을 참조하면, 본 발명에 따른 사용후 연료봉 인출장치(10)는 고정테이블(113), 상기 고정테이블(113)의 길이방향의 일측으로 이어지는 인출테이블(110), 상기 인출테이블(110)의 상부에 설치되는 이송베드(120) 및 상기 이송베드(120)의 길이방향으로 이송되는 인출클램프(122)를 포함하여 구성된다.

고정테이블(113)과 인출테이블(110)은 다수의 프레임으로 이루어진 지지구조체로 형성되어 고정테이블(113)로부터 인출테이블(110)로 연료봉(720: 도 7을 참조)을 인출시 받는 힘과 진동을 흔들림 없이 지지하도록 구성된다.

고정테이블(113)은 핵연료집합체에 삽입된 연료봉(720)이 수직하게 배열되는 길이방향으로 길게 형성되어, 길이방향의 일측 끝부에 인출테이블(110)이 연결되도록 구성된다.

이때, 고정테이블(113)과 인출테이블(110)의 길이방향의 길이는 각각 연료봉(720)의 길이보다 소정 길이 더 길게 형성되는 것이 바람직하다.

고정테이블(113)에는 M×N 열(M은 N과 같을 수 있음)을 갖는 다수의 연료봉(720) 다발이 삽입된 핵연료집합체(미도시함)를 안착시켜 고정시키는 고정클램프(123)가 형성되고, 인출테이블(110)의 상부에는 이송수단에 의해 길이방향으로 이송되는 인출클램프(122)가 형성된 이송베드(120)가 구비된다.

인출클램프(122)는 이송베드(120)에 이송수단에 의해 결합되어, 인출테이블(110)이 고정테이블(113)과 접하는 끝부와, 고정테이블(113)의 반대측의 끝부 사이에서 왕복이송 가능하게 형성된다.

이송베드(120)는 인출클램프(122)를 왕복 이송시키기 위한 이송수단으로서, 상부의 길이방향의 양측에서 각각 연장되어 인출클램프(122)를 나사결합에 의해 관통하는 한 쌍의 이송리드스크류(124)와, 이송리드스크류(124)에 회전을 제공하는 이송모터(126)가 형성된다.

이송모터(126)는 출력축에 구동풀리(128)를 형성하고, 한 쌍의 이송리드스크류(124)의 끝단에 각각 피동풀리(130)를 형성하여, 구동풀리(128)와 피동풀리(130)를 밸트(미도시함)로 연결하여 회전을 제공하도록 구성될 수 있다.

이송모터(126)는 장치의 구동 상황에 따라 제어 가능한 서브모터를 사용할 수 있으며, 구동에 있어 고려해야 할 사항들로서, 연료봉(720)의 위치, 인출속도, 인출에 소요되는 힘이 고려될 수 있고, 특히, 인출에 소요되는 힘이 일정 범위를 초과할 경우에는 자동으로 정지시키는 자동정지 스위치(미도시함)가 함께 구비되는 것이 바람직하다.

고정테이블(113)은 상부에 고정클램프(123)를 설치하여, 고정클램프(123)에 고정된 핵연료집합체에서 상하로 다수 층을 이루는 열 중 수평 배열된 각 열이 인출클램프(122)의 전방에 위치시킬 수 있도록 인출테이블(110)보다 상대적으로 낮은 높이를 갖는 것이 바람직하다.

고정테이블(113)은 상부에 이송판(129)이 형성되어, 이송판(129)의 상부에 고정클램프(123)를 안착시키고 위치조절수단에 의해 수평방향 및 수직방향으로 이송시켜 고정클램프(123)에 고정된 핵연료집합체의 위치를 조절하도록 구성된다.

이때, 이송판(129)을 이송시키기 위한 위치조절수단은 이송판(129)을 고정테이블(113) 상의 수평방향으로 이송시키는 수평축 모터와, 이송판(129)을 수직방향으로 이송시키는 수직축 모터로 형성될 수 있으며, 이러한 모터에 한정되지 않고, 직선이송을 가능하게 하는 에어실린더 등의 다양한 수단이 적용될 수 있다.

고정테이블(113)은 인출테이블(110)의 반대쪽 끝부에서 고정클램프(123)에 고정되는 핵연료집합체에 삽입된 연료봉(720)의 후부를 가압하여, 연료봉(720)의 선단을 인출클램프(122)의 연료봉 삽입홀(310)에 삽입시키는 가압핀(133)이 형성된다.

가압핀(133)은 인출클램프(122)의 연료봉 삽입홀(310)의 개수와 동일한 개수로 형성되어 각각 수직을 이루도록 배열되고, 이러한 가압핀(133)의 작동을 위한 작동부(134)가 구비된다.

가압핀(133)의 작동을 위한 작동부(134)는 에어실린더나, 모터와 수직운동전환 장치가 조합된 수단이 적용될 수 있다.

한편, 인출테이블(110)은 고정테이블(113)의 반대측 끝부로 인출클램프(122)가 이송될 시 연료봉 삽입홀(310)이 형성된 인출클램프(122)의 반대쪽 면으로 삽입되어 연료봉(720)의 선단을 밀어줌으로써, 인출클램프(122)로부터 배출시키는 배출핀(150)이 형성된다.

또한, 인출테이블(110)의 일측 하부에는 인출클램프(122)에 의해 인출테이블(110)로 인출된 연료봉(720)을 하부로 배출하여 수납하는 수납테이블(115)이 더 포함된다.

수납테이블(115)은 다수의 프레임 구조로 형성되어 상부에 연료봉(720)을 수납할 수 있도록 구성되며, 핵연료집합체에 삽입된 M×N 개(M과 N은 같을 수 있음)의 연료봉(720)을 1 세트로 모두 수납할 수 있는 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 인출테이블(110)은 인출클램프(122)에 의해 이송되는 연료봉(720)을 하부에서 받쳐 지지하는 지지바(140)가 형성된다.

지지바(140)는 인출테이블(110)의 길이방향의 양측부를 향해 수직하게 연장되어 일측이 인출테이블(110)의 일측에 힌지(H)로 결합됨으로써, 힌지(H) 결합이 되지 않은 타측이 지지바 이송수단(142)에 의해 하부로 회전하여 경사를 형성함으로써, 연료봉(720)이 수납테이블(115)로 배출되도록 안내한다.

이때, 지지바 이송수단(142)은 에어실린더 등으로 구성될 수 있다.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 인출테이블(110)에 구비된 인출클램프(122)를 확대하여 나타낸 것으로, 이를 통해 본 발명에 따른 사용후 연료봉 인출장치(10)의 세부 구성을 보다 상세하게 설명하도록 한다.

인출클램프(122)는 일측이 이송베드(120)에 구비된 이송리드스크류(124)를 나사결합으로 관통시키도록 구비되어 이송리드스크류(124)의 회전시 이송베드(120)의 길이방향의 전후로 이송이 이루어진다.

인출클램프(122)는 고정테이블(113)을 향하는 전방의 면에 다수의 연료봉 삽입홀(310)이 형성된다.

연료봉 삽입홀(310)은 이송리드스크류(124)에 의해 고정테이블(113)의 고정클램프(123)에 고정된 핵연료집합체로부터 연료봉(720)의 선단에 인접하게 위치될 수 있고, M×N 열의 연료봉(720) 다발 배열을 갖는 핵연료집합체에서 수평방향으로 배열된 하나의 열을 이루는 다수의 연료봉(720)을 동시에 삽입할 수 있도록 다수 형성된다.

또한, 인출테이블(110)은 상기 인출클램프(122)의 하부를 지지하여 이송베드(120) 상의 이송을 가이드함으로써, 연료봉(720)의 인출과정에서 인출클램프(122)의 흔들림을 방지하여 원활한 인출이 이루어질 수 있도록 하는 이송레일(330)이 더 형성될 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 인출클램프(122)에 삽입된 연료봉(720)을 고정하기 위한 고정핀(420)의 구성을 나타낸다.

도 4를 참조하면, 인출클램프(122)의 상부면에는 내부에 다수 형성된 연료봉 삽입홀(310)의 중앙을 모두 가로지르며 연료봉 삽입홀(310)의 상부로 이어지는 핀삽입부(410)가 형성된다.

핀삽입부(410)는 인출클램프(122)의 내부로 삽입된 각각의 연료봉(720)의 선단을 걸어 고정시키는 걸림홈(612)이 다수 형성된 고정핀(420)을 삽입하여 연료봉(720)이 인출클램프(122)에 고정되도록 한다.

이때, 연료봉(720)의 선단은 인출클램프(122)의 연료봉 삽입홀(310)에 삽입될 시 핀삽입부(410)에 수직 대응되는 위치에 걸림턱이 미리 형성되어, 고정핀(420)의 걸림홈(612)에 의해 걸림턱의 상부와 양측부가 걸려 고정되도록 구성된다.

연료봉(720)이 고정핀(420)에 의해 인출클램프(122)에 고정됨으로써, 인출클램프(122)를 인출테이블(110)의 반대쪽으로 이송시켜, 고정클램프(123)로부터 인출테이블(110)로 연료봉(720)을 인출시킬 수 있다.

인출클램프(122)가 인출테이블(110)로 이송이 완료되면 고정핀(420)을 상부로 이동시켜 연료봉(720)의 고정을 해제시킨 후 인출클램프(122)로부터 연료봉(720)을 배출시킬 수 있도록 한다.

도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 고정테이블(113)을 확대하여 나타낸다.

도 5를 참조하면, 고정테이블(113)에 형성되는 고정클램프(123)는 이송실린더(125)에 의해 이송되어 중앙에 안착된 핵연료집합체의 양측을 가압하여 고정하는 한 쌍의 가압판(510)으로 형성된다.

고정클램프(123)는 고정테이블(113)의 길이방향으로 직렬로 배치되어 각각 독립적인 구동을 갖는 2 개로 설치됨으로써, 고정클램프(123)에 설치되는 핵연료집합체의 종류 및 크기에 따라서 다양한 형태로 고정시킬 수 있도록 구성될 수 있다.

이때, 고정클램프(123)에 고정되는 핵연료집합체의 형태에 따라서 이송실린더(125)의 작동을 조절하는 이송핸들(127)이 형성될 수 있다.

이러한 고정클램프(123)는 이송판(129)에 의해 수평방향 및 수직방향으로 이송됨으로써, 핵연료집합체에 삽입된 연료봉(720)의 선단을 인출클램프(122)의 연료봉 삽입홀(310)에 수직을 이루며 인접하게 위치시키는 동시에 인출클램프(122)의 반대편에서 연료봉(720)을 밀어주는 가압핀(133)에 수직을 이루도록 위치가 조절될 수 있다.

도 6은 도 1 및 도 2에 도시된 인출테이블(110)을 확대한 평면도를 나타낸다.

도 6을 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이, 인출테이블(110)의 상부에는 이송베드(120)가 형성되어 이송베드(120) 상에 형성된 이송리드스크류(124)에 의해 인출클램프(122)를 길이방향으로 이송시키도록 구성된다.

이송리드스크류(124)는 인출테이블(110)의 일측 끝부에 설치된 이송모터(126)에 의해 회전하여 나사에 의해 결합된 인출클램프(122)를 이송시키며, 고정테이블(113)이 접하는 쪽의 끝까지 이송된 인출클램프(122)는 전방에 형성된 연료봉 삽입홀(310)이 고정클램프(123)에 고정된 핵연료집합체의 연료봉(720)과 인접하게 위치된다.

이때, 고정테이블(113)의 반대쪽 인출테이블(110)의 끝부에는 인출클램프(122)를 인출테이블(110) 쪽 끝부로 이송시킬 경우 인출클램프(122)의 이송을 정지시키는 스토퍼(610)가 형성되고, 스토퍼(610)의 전방에 앞서 설명한 배출핀(150)이 형성될 수 있다.

배출핀(150)은 인출클램프(122)에 형성된 연료봉 삽입홀(310)의 개수에 대응하는 다수의 핀이 고정테이블을 향해 돌출된 구조로 형성되어, 인출클램프(122)가 이송에 의해 접근할 경우 연료봉(720)이 삽입된 반대쪽 면으로 삽입되어 연료봉(720)을 인출클램프(122)로부터 밀어서 배출시키도록 한다.

도 7의 (a)는 도 3 및 도 4에 도시된 인출클램프의 내부가 투시된 형상을 나타낸다.

도 7의 (a)를 참조하면, 인출클램프(122)에 삽입된 연료봉(720)을 배출시키는 배출핀(150)을 삽입하기 위한 구성으로써, 인출클램프(122)에 연료봉 삽입홀(310)이 형성되는 면의 반대쪽 면을 통해 인출테이블(110)에 형성된 배출핀(150)을 삽입할 수 있도록 하는 배출핀 삽입홀(710)이 형성된다.

배출핀 삽입홀(710)은 인출클램프(122)의 중앙에서 연료봉 삽입홀(310)과 연통되도록 형성되되, 연료봉 삽입홀(310)보다 상대적으로 작은 직경을 가지도록 하여, 연료봉 삽입홀(310)과의 경계부에서 단차가 형성되도록 구성될 수 있다.

이를 통해, 연료봉 삽입홀(310)에 연료봉(720)이 삽입될 경우, 연료봉(720)의 선단의 일측이 배출핀 삽입홀(710)이 이루는 단차에 걸려 더 이상의 삽입이 정지되도록 한 상태에서 상부로 고정핀(420)을 삽입하여 고정시킬 수 있다.

한편, 도 7의 (a)는 연료봉(720)의 선탄에 인출클램프(122)가 위치된 상태를, 도 7의 (b)는 인출클램프(122)에 연료봉(720)이 삽입된 상태를, 도 7의 (c)는 인출클램프(122)로부터 연료봉(720)을 배출하는 상태를 각각 나타낸다.

도 7의 (a)에서 보는 바와 같이, 인출클램프(122)를 고정클램프(123)에 고정된 핵연료집합체의 연료봉(720)의 선단에 인접하게 위치시킨 상태에서, 고정테이블(113)의 반대쪽에 형성된 가압핀(133)을 핵연료집합체의 반대쪽 면으로 삽입하여 연료봉(720)의 후단을 가압하면, 연료봉(720)이 인출클램프(122)를 향해 이동하여 연료봉 삽입홀(310)에 삽입된다.

인출클램프(122)의 연료봉 삽입홀(310)에 연료봉(720)이 삽입된 후 인출클램프(122)의 상부에 형성된 핀삽입부(410)로 고정핀(420)을 삽입하면 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 연료봉(720)의 선단에 형성된 걸림턱이 고정핀(420)의 걸림홈(612)에 걸려 고정된다.

그리고, 인출클램프(122)를 인출테이블(110)의 끝부로 이송시킨 후에는 연료봉(720)이 삽입된 인출클램프(122)의 반대쪽 면으로 인출테이블(110)에 형성된 배출핀(150)이 삽입되어 연료봉(720)을 배출시키도록 한다.

이하에서는 상기한 구성에 따르는 본 발명의 사용후 연료봉 인출장치(10)의 전체 작동을 단계별로 설명하도록 한다.

먼저, 원자로로부터 분리된 연료봉 다발이 설치된 핵연료집합체를 상기한 사용후 연료봉 인출장치(10)의 고정클램프(123)에 고정하고, 인출클램프(122)의 전방에 형성된 연료봉 삽입홀(310)이 고정클램프(123)에 고정된 핵연료집합체의 연료봉(720)의 선단으로 인접하게 위치되도록 인출클램프(122)를 세팅한다.

인출클램프(122)가 세팅되면 고정테이블(113)을 수평방향 및 수직방향으로 이송시켜 인출클램프(122)에 형성된 다수의 연료봉 삽입홀(310)과 고정클램프(123)에 설치된 다수의 연료봉(720)이 서로 수직하도록 위치가 조절된다.

이때, 고정클램프(123)의 위치 조절은 미리 컨트롤 박스에 입력된 핵연료집합체의 초기 설계정보에 의해 인출클램프(122)의 연료봉 삽입홀(310)이 핵연료집합체의 연료봉(720)의 선단과 정확하게 수직을 이루도록 자동으로 위치 제어가 가능하다.

또한, 인출클램프(122)에 의해 하나의 열의 연료봉(720)을 동시에 인출한 후 그 다음 사이클에서는 고정클램프(123)를 상하부의 어느 일측으로 이송시켜 다음 열의 연료봉(720)을 인출할 수 있도록 수직 위치를 조절한다.

고정클램프(123)의 위치가 조절되면 고정테이블(113)의 끝부에 형성된 가압핀(133)을 핵연료집합체의 후단으로 삽입하여 연료봉(720)의 후단을 가압하여 밀어줌으로써, 인출클램프(122)의 연료봉 삽입홀(310)에 연료봉(720)의 선단을 삽입한다.

그리고, 인출클램프(122)에 고정핀(420)을 삽입하여 연료봉(720)을 고정시킨 후 인출클램프(122)를 고정테이블(113)의 반대방향으로 이송시켜 핵연료집합체로부터 연료봉(720)을 인출하고, 인출테이블(110)로 완전히 이동시켜 하부로 배출한다.

이때, 인출클램프(122)는 고정클램프(123)에 핵연료집합체가 안착된 것을 인식하고 난 뒤 인출테이블(110)의 이송모터(126)와 이송리드스크류(124)에 의해 고정테이블(113) 쪽으로 이송시킨 후 연료봉(720)을 고정하도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 인출클램프(122)가 고정테이블(113)과, 이의 반대쪽인 인출테이블(110)의 각 끝부로 이송된 경우, 인출클램프(122)의 접근을 감지하는 센서를 각각 설치하여, 인출클램프(122)가 일측으로 이송이 완료될 경우 더 이상의 이송을 중단시켜 연료봉(720)에 가해질 수 있는 충격을 방지하는 것이 바람직하다.

한편, 인출테이블(110)로 인출된 연료봉(720)은 인출테이블(110)의 끝부로 인출클램프(122)가 이송됨에 따라 인출테이블(110)의 끝부에 형성된 배출핀(150)이 연료봉(720)을 밀어내서 하부로 배출시킨다.

이때, 인출테이블(110)에는 인출클램프(122)의 이송에 의해 인출되는 연료봉(720)의 하부가 지지바(140)에 의해 받쳐져서 무게가 지지됨으로써, 안정적인 이송이 이루어지고, 인출클램프(122)의 이송이 완료되면 지지바(140)에 의해 인출테이블(110)의 일측 하부로 연료봉(720)을 배출하여 수납테이블(115)에 수납이 이루어진다.

상기한 작동에서, 고정테이블(113)에 고정되는 핵연료집합체의 위치 및 상기 인출클램프(122)의 이송 등은 미리 입력된 데이터를 통해 제어하는 컨트롤 박스에 의해 자동 제어가 이루어지도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 같은 본 발명의 사용후 연료봉 인출장치(10)에 따르면, 수평 방향으로 하나의 열을 이루는 다수의 연료봉(720)을 정확하게 인출시킬 수 있도록 함으로써, 연료봉(720)의 인출 작업에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

또한, 고정클램프(123)에 의해 고정된 핵연료집합체를 수평방향 및 수직방향으로 이송시켜 연료봉(720)이 삽입되는 인출클램프(122)의 연료봉 삽입홀(310)과 정확히 수직을 이룬 상태에서 연료봉(720)을 삽입함으로써, 핵연료집합체로부터 안전하게 인출될 수 있도록 하며, 인출클램프(122)에 의해 연료봉(720)이 인출되는 동안에는 인출테이블(110)에 형성된 지지바(140)가 연료봉(720)의 하부를 받쳐 지지함으로써, 보다 안정적인 인출이 이루어질 수 있다.

뿐만 아니라, 인출테이블(110)로 연료봉(720)의 인출이 완료되면 지지바(140)에 의해 수납테이블(115)로 자동으로 옮겨져 수납됨으로써, 연료봉(720)의 절단 공정에 투입되기까지의 모든 공정이 한번에 진행될 수 있으며, 이를 통해 전체 공정에 소요되는 시간을 대폭 줄일 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 사용후 연료봉 인출방법이 제공될 수 있다.

이하에서, 앞서 살펴본 사용후 연료봉 인출장치(10)에서 설명된 구성과 동일한 기능과 작용을 하는 구성에 대해서 동일한 도면부호를 붙여서 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 사용후 연료봉 인출방법은 원자로로부터 분리된 연료봉(720) 다발이 설치된 핵연료집합체를 고정클램프(123)에 고정하는 핵연료집합체 고정단계와, 상기 핵연료집합체에 설치된 상기 연료봉 다발을 이루는 다수 열 중 적어도 하나의 이상의 열을 이루는 다수의 상기 연료봉(720)의 선단을 삽입하여 고정하는 인출클램프(122)를 위치시키는 인출클램프 세팅단계와, 상기 고정테이블(113)을 수평방향 및 수직방향으로 이송시켜 상기 인출클램프(122)에 형성된 다수의 연료봉 삽입홀(310)과, 상기 고정클램프(123)에 설치된 다수의 상기 연료봉(720)이 서로 수직하도록 위치를 조정하는 연료봉 위치조절단계와, 상기 고정테이블(113)을 전진시켜 상기 연료봉 삽입홀(310)에 상기 연료봉(720)을 삽입하여 고정시키는 연료봉 고정단계 및 상기 인출클램프(122)를 상기 핵연료집합체의 반대쪽의 수평방향으로 이송시켜 상기 연료봉(720)을 인출시키는 연료봉 인출단계로 이루어질 수 있다.

상기 연료봉 고정단계는 상기 연료봉(720)의 선단에 걸림턱을 형성하고, 상기 연료봉 삽입홀(310)에 상기 연료봉(720)을 밀어서 삽입한 후 상기 인출클램프(122)의 상부로 고정핀(420)을 삽입하여 상기 연료봉(720)의 걸림턱을 걸어 고정시키는 것을 포함한다.

상기 연료봉 인출단계는 상기 핵연료집합체로부터 상기 인출클램프(122)를 이송시킨 후 상기 고정핀(420)을 해체하고, 상기 인출클램프(122)에 상기 연료봉(720)이 삽입된 반대면으로 배출핀을 삽입하여 상기 연료봉을 하부로 인출시키는 것을 포함한다.

본 발명의 사용후 연료봉 인출방법은 앞서 설명한 본 발명의 사용후 연료봉 인출장치(10)를 통해 달성될 수 있으며, 이에 따른 구체적인 작동 및 작동 과정은 중복 설명을 피하기 위해 구체적인 설명을 생략토록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

110: 인출테이블
113: 고정테이블
120: 이송베드
122: 인출클램프
123: 고정클램프
124: 이송리드스크류
133: 가압핀
140: 지지바
150: 배출핀
310: 연료봉 삽입홀
720: 연료봉

Claims

다수의 열을 갖는 사용후 연료봉 다발이 삽입된 핵연료집합체를 고정시키는 것으로써, 이송실린더에 의해 이송되는 한 쌍의 가압판에 의해 상기 핵연료집합체의 양측을 가압하여 고정시키는 핵연료집합체 고정클램프와, 상기 고정클램프를 안착시키고 수평방향 및 수직방향으로 이송시켜 상기 핵연료집합체의 위치를 조절하는 이송판이 형성된 고정테이블;
상기 핵연료집합체 고정테이블의 일측에 형성되는 인출테이블; 및
상기 인출테이블의 상부에 형성되어 이송수단에 의해 길이방향으로 이송시키는 인출클램프가 형성된 이송베드가 포함되고,
상기 인출클램프는 상기 고정테이블에 고정된 상기 핵연료집합체에서 적어도 하나의 열 이상을 이루는 다수의 상기 연료봉을 동시에 고정하여 상기 인출테이블로 인출하며,
상기 인출클램프로는, 상기 핵연료집합체에 삽입된 상기 연료봉 다발 중 수평하게 배열된 하나의 열을 이루는 다수의 상기 연료봉을 동시에 삽입할 수 있도록 하는 다수의 연료봉 삽입홀과, 상기 연료봉 삽입홀을 모두 가로지르는 방향으로 연장된 길이를 가지면서 상기 연료봉 삽입홀로 이어지도록 관통되는 핀삽입부가 형성되고,
상기 핀삽입부에 삽입되어 상기 연료봉 삽입홀에 삽입된 상기 연료봉의 선단을 걸어 고정시키는 고정핀, 상기 고정테이블과 연결된 상기 인출테이블의 반대쪽 끝부에 상기 인출클램프를 향해 돌출되는 배출핀을 포함하고,
상기 인출클램프는 상기 인출테이블의 반대쪽 끝부로 이송시 상기 배출핀을 삽입하여 상기 연료봉의 선단을 밀어 배출시키는 배출핀 삽입홀이 형성되고,
상기 배출핀 삽입홀의 직경은 연료봉 삽입홀보다 상대적으로 작게 형성되고,
연료봉의 선단으로는 핀삽입부에 수직 대응되는 위치로 걸림턱이 미리 형성되어, 상기 고정핀의 걸림홈에 의해 걸림턱의 상부와 양측부가 걸려 연료봉이 고정되는 것을 특징으로 하는 사용후 연료봉 인출장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 위치조절수단은 상기 이송판을 수평방향으로 이송시키기 위한 수평축 모터; 및
상기 이송판을 수직방향으로 이송시키기 위한 수직축 모터;
로 형성된 것을 특징으로 하는 사용후 연료봉 인출장치.
제1항에 있어서,
상기 고정클램프는 상기 핵연료집합체의 형태에 따라 상기 이송실린더의 작동을 조절할 수 있도록 하는 이송핸들이 형성된 것을 특징으로 하는 사용후 연료봉 인출장치.
제1항에 있어서,
상기 고정테이블은 상기 핵연료집합체를 고정하는 힘을 측정하는 로드셀과, 상기 로드셀의 측정 결과를 기준치와 비교하여 작동을 중단시키는 안전장치가 형성된 것을 특징으로 하는 사용후 연료봉 인출장치.
제1항에 있어서,
상기 고정테이블은 상기 인출테이블을 향해 돌출되어 상기 핵연료집합체에 삽입된 상기 연료봉의 후단을 밀어서 상기 인출클램프에 삽입시키는 가압핀이 형성된 것을 특징으로 하는 사용후 연료봉 인출장치.
제1항에 있어서,
상기 이송수단은 상기 이송베드 상에서 상기 연료봉에 수직한 길이방향으로 연장되어 상기 인출클램프에 나사결합을 이루며 관통되는 이송리드스크류; 및
상기 이송리드스크류의 일측에 설치되어 회전을 제공하는 이송모터;
로 형성된 것을 특징으로 하는 사용후 연료봉 인출장치.
제7항에 있어서,
상기 이송모터는 서브모터이고, 상기 이송리드스크류에 의해 상기 연료봉을 인출시키는데 소요되는 힘이 일정 범위를 초과할 경우 자동으로 동작을 정지시키는 자동정지 스위치가 구비된 것을 특징으로 하는 사용후 연료봉 인출장치.
제1항에 있어서,
상기 인출테이블은 상기 인출클램프의 하부를 지지하여 상기 이송베드 상의 이송을 가이드하는 이송레일이 더 형성된 것을 특징으로 하는 사용후 연료봉 인출장치.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 인출테이블의 일측의 하부에 형성되어 상기 인출클램프에 의해 이송되어 하부로 배출된 상기 연료봉을 수납하는 수납테이블이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 사용후 연료봉 인출장치.
제13항에 있어서,
상기 인출테이블은 상기 인출클램프에 의해 이송되는 상기 연료봉의 하부를 받쳐서 지지하는 지지바를 포함하되,
상기 지지바는 일측이 상기 인출테이블의 일측부에 힌지 결합되고, 타측이 상기 힌지 축에 의해 하부로 회전하여 상기 연료봉을 상기 수납테이블로 안내하도록 형성된 것을 특징으로 하는 사용후 연료봉 인출장치.
제1항에 있어서,
상기 고정테이블에 고정되는 핵연료집합체의 위치 조절 및 상기 인출클램프의 이송을 미리 입력된 데이터를 통해 제어하는 컨트롤 박스가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 사용후 연료봉 인출장치.
원자로로부터 분리된 연료봉 다발이 설치된 핵연료집합체를 고정클램프에 고정하는 핵연료집합체 고정단계;
상기 핵연료집합체에 설치된 상기 연료봉 다발을 이루는 다수 열 중 적어도 하나 이상의 열을 이루는 다수의 상기 연료봉의 선단을 삽입하여 고정하는 인출클램프를 위치시키는 인출클램프 세팅단계;
고정테이블을 수평방향 및 수직방향으로 이송시켜 상기 인출클램프에 형성된 다수의 연료봉 삽입홀과, 상기 고정클램프에 설치된 상기 다수의 연료봉이 서로 수직하도록 위치를 조정하는 연료봉 위치조절단계;
상기 고정테이블을 전진시켜 상기 연료봉 삽입홀에 상기 연료봉을 삽입하여 고정시키는 연료봉 고정단계; 및
상기 인출클램프를 상기 핵연료집합체의 반대쪽의 수평방향으로 이송시켜 상기 연료봉을 인출시키는 연료봉 인출단계;
로 이루어지고,
연료봉의 선단으로는 핀삽입부에 수직 대응되는 위치로 걸림턱이 미리 형성되어, 상기 고정핀의 걸림홈에 의해 걸림턱의 상부와 양측부가 걸려 연료봉이 고정되는, 제1항의 사용후 연료봉 인출장치를 이용한 사용후 연료봉의 인출방법.
삭제
제16항에 있어서,
상기 연료봉 인출단계는 상기 핵연료집합체로부터 상기 인출클램프를 이송시킨 후 고정핀을 해체하고, 상기 인출클램프에 상기 연료봉이 삽입된 반대면으로 배출핀을 삽입하여 상기 연료봉을 하부로 인출시키는 것을 특징으로 하는 사용후 연료봉 인출방법.